마스터즈와 존슨은 382명의 여성과 312명의 남성을 대상으로 10,000회 이상의 성행위를 직접 실험실에서 관찰을 하였다.

그리고 인간의 성반응을 흥분기, 고조기, 오르가슴, 해소기의 4단계로 구분하였다.

흥분기

여성의 경우 질의 분비액이 증가한다. 대개 자극을 받은 지 10~30초 안에 일어나는데 이 때의 자극이란 꼭 신체적일 필요는 없다. 심리적인 자극이나 공상도 이런 자극이 된다. 성적 흥분에 의해 질근육으로 혈액이 몰려오면서 생겨나는 질분비액은 처음에는 물방울이 떨어지는 것처럼 이루어지다가 질 안 전체로 확대가 된다. 이 때의 질분비액 양과 점도 그리고 냄새는 사람마다 차이가 있다. 그리고 질분비액이 많이 나왔다고 해서 그 여성이 많이 흥분하였다고 단정할 수는 없다. 즉 많은 남성들이 잘못 알고 있듯이 질분비액의 양과 성적 흥분하고는 꼭 일치하는 것은 아니라는 것이다.

이 흥분기에는 질분비액의 증가뿐만이 아니라 질 안 3분의 2가 확장이 되면서 자궁과 자궁경부가 위로 올라간다. 그러면서 소음순 크기가 커지고 대음순은 벌어지게 되고 편편해진다. 남성이 흥분기에 음경이 발기가 되는 것처럼 여성도 음핵이 발기된다. 또 유두 주위의 조그마한 근육이 수축되면서 유두가 발기한다. 유방의 다른 변화는 유방으로 혈액이 역시 유입되면서 유방의 크기가 커지게 된다.

이런 흥분기에 정신적 또는 신체적으로 집중이 안되게 될 때, 예를 들면 초인종이나 전화벨이 울린다거나 남성이 자극을 하는데 방법이나 그 속도에서 변화를 잘못 주게 되면, 혈액이생식기에 유입이 되면서 충혈이 되는 과정이 장애를 받게 된다.

남성의 경우 이 흥분기는 발기현상으로 나타난다. 대개 자극을 받은 지 몇 초 이후부터 시작이 되는데 여성의 분비액이 나오는 것과 마찬가지로 음경해면체에 혈액이 유입되어 충혈이 되어 나타나는 것이다.

고조기

흥분이 지속되어 오르가슴에 이르기 전까지를 고조기라고 한다. 이 때가 되면 질분비액은 적어지고 혈액이 골반에 더 모이게 되면서 질 바깥쪽 3분의 1은 좁아지고 소음순은 빨간색의 색조를 가지게 된다. 질 안쪽 3분의 2는 오히려 확장이 되고 질의 두께도 2∼3배 증가한다. 일단 빨간색이 나타날 정도가 되면 거의 오르가슴이 일어난다. 이 색조의 변화는 임신경험의 유무에 따라 변하는데 경험이 없는 여성의 경우는 핑크색을, 출산을 한 경험이 있는 여성의 경우는 자주색을 띄게 된다.

배 위쪽 부분에 마치 홍역을 앓는 것과 같은 빨간색 반점이 나타나는데 50∼75%의 여성에서 나타나고, 남성의 경우에는 25%정도 나타난다고 알려져 있다. 유방의 크기 증가도 출산경험의 유무에 따라 달라져서 미혼의 경우는 20∼25%정도 증가하고 기혼의 경우에는 더 증가하면서 유방 표면에서 정맥이 나타나 보이는 것도 두드러진다. 음핵은 예민한 자극으로부터 보호를 받기 위해 안으로 오히려 들어가고 마찬가지로 자극이 진행되어 이 고조기가 되면 유두의 발기도 오히려 줄어든다.

남성의 경우 발기가 시작되는 것이 흥분기라고 하면 흥분이 고조되어 사정이 되기 전까지의 단계가 이 시기에 해당되는데, 조루 환자는 이 시기가 극단적으로 짧은 경우이다. 이 고조기가 되면 음경귀두의 직경이 혈액의 유입으로 인해 다소 커지고 고환도 25∼50%정도 그 크기가 증가한다. 흥분이 고조되면 될수록 남성의 고환은 위쪽으로 올라간다. 이 고조기에 맑은 점액같은 것이 분비되는 수가 많은데 이것은 쿠퍼선에서 분비되는 것이다. 정액이 아니라고 할 수가 있으나 여기에도 정자가 섞여 있는 수가 많아 임신이 되기도 한다.

오르가슴기

오르가슴이란 열정이 끓어 오른다는 뜻을 가진 그리스의 오르간에서 유래된 것으로 섹스를 통해 느낄 수 있는 최고의 성감이다. 20세기 중반까지도 많은 사람들이 여성은 오르가슴이 없다고 생각하였다. 생물학적으로 오르가슴이라는 것은 규칙적인 근육의 수축이 몇 초 동안 일어나는 것을 이야기한다.

리드미컬한 근육의 수축이 자궁과 바깥 3분의 1의 질, 그리고 항문근육에서 일어난다. 대개 0.8초 간격으로 3∼5번 정도 일어나고 강한 오르가슴인 경우는 10∼15번 수축한다. 초기 몇 번의 수축이 강렬하고 진행될 수록 그 강도가 떨어지고 또 그 간격이 불규칙적으로 된다.

이 오르가슴이라는 것은 꼭 골반부에만 해당하는 것이 아니라 전신적인 반응으로 뇌파상에서도 특징적인 서파(slow wave)가 보이고 몸의 반점도 이 오르가슴기에 가장 강하고 넓게 퍼진다.

한 잔의 물맛이 때에 따라 다르듯이 이 오르가슴이라는 것은 때마다 다르고 개인적으로 느끼는 감각이 다 다르다. 또 신체적으로 강한 수축이 있다고 꼭 좋다고 할 수 없고 약한 심리적 오르가슴이 더 좋을 수도 있다.

해소기

오르가슴기 후에 남성과 여성의 기본적인 차이는 여성의 경우 다중 오르가슴이 가능하다는 것이다. 흥미롭게도 이 다중 또는 반복 오르가슴은 자위행위 때 더 흔히 볼 수 있다. 그 이유를 성의학자들은 자위를 할 때는 자극을 적절하게 지속하기 쉽고 방해를 안받고 또 환상을 자유롭게 가질 수 있어서라고 설명한다.

남성에게는 특징적으로 불능기가 있어 나이가 들면 들수록 더 길어진다.

여성의 경우 중요한 사실의 하나는 오르가슴이 없으면 회복기가 길어지고 계속되는 혈액의 충혈로 골반이 무겁다거나 아픈 느낌을 가진다는 것이다. 이런 느낌이 몇 달, 몇 년 간 지속된다면 어떻게 되까? 많은 여성불감증 환자들이 성기피증에 빠져 즐거워야 할 남편과의 성관계가 의무이자 노동이며 고역이 되는 것이다.